La modellazione idraulica - Campi di applicazione e tipologie di deflusso

Per la modellazione idraulica del deflusso nei corsi d'acqua sia naturali che artificiali si utilizzano schematizzazioni diverse in funzione dei dati disponibili e del grado di accuratezza del risultato che si intende ottenere. La prima differenziazione riguarda la schematizzazione dimensionale utilizzata, in pratica si può utilizzare quella a una dimensione (monodimensionale), a due (bidimensionale) e a tre (tridimensionale). Ai fini pratici la schematizzazione più utilizzata è sicuramente quella monodimensionale soprattutto per la semplicità che la caratterizza, essa da in ogni caso risultati soddisfacenti quando la componente principale di moto è lungo una direzione prevalente. In questo caso le caratteristiche di moto vengono valutate su ogni singola sezione trasversale del corso d'acqua e poi viene valutata l'interferenza con le sezioni contigue. Si ricorre a modelli bidimensionali quando il moto non avviene lungo una direzione prevalente, come può essere il caso della diffusione delle acque di piena in una vasta piana alluvionale. I modelli tridimensionali sono invece utilizzati solo in casi di estrema complessità dove occorre valutare nel dettaglio le caratteristiche di moto in una situazione locale.

Fig. 1 - Schemi di moto

In alcuni casi un buon compromesso tra complessità di calcolo e grado di precisione dei risultati si può ottenere utilizzando uno schema di moto cosiddetto quasi-bidimensionale che è caratterizzato da uno schema monodimensionale lungo il reticolo idrografico e da celle d'accumulo, connesse idraulicamente con il reticolo e tra di loro, che rappresentano le zone limitrofe al corso d'acqua dove la propagazione dell'acqua non avviene attraverso uno schema monodimensionale.

La seconda differenzazione riguarda le tipologie di deflusso che si possono instaurare nei corsi d'acqua, come mostra la figura 2. Il deflusso può interessare una sezione compatta, se esso avviene solo nell'alveo inciso, senza interessare le golene o le pianure alluvionali circostanti. In maniera analoga, se il deflusso riguarderà oltre all'alveo inciso anche le golene o le pianure alluvionali circostanti, si parlerà di sezione composta.

L'ultimo caso riguarda la sezione caratterizzata dalla presenza degli argini. In questo caso si possono verificare due diverse situazioni in funzione della quota del livello di corrente: nella prima (sezione con argini) il deflusso sarà contenuto all'interno degli argini, mentre nella seconda situazione (sezione con argini con fuoriuscite d'acqua) gli argini non sono sufficienti a contenere lo stesso deflusso e quindi si verificheranno fuoriuscite di acqua che andranno ad interessare le aree circostanti.

Fig. 2 - Tipologie di deflusso

Regime di moto

Con riferimento quindi allo schema di moto monodimensionale, occorre fare una seconda distinzione in base alle condizioni temporali: si ha moto permanente quando le caratteristiche del deflusso restano costanti in funzione del tempo e moto vario quando esse variano. Il moto uniforme è un caso particolare di quello permanente quando il deflusso avviene in un alveo cilindrico.

Una corrente a pelo libero è in moto uniforme se scorre in un alveo cilindrico con la superficie libera parallela al fondo, in natura si trovano situazioni di questo genere solo in canali ed alvei completamente artificiali ed in perfetto stato di manutenzione.

Una corrente a pelo libero è in moto permanente gradualmente variato quando sono presenti variazioni graduali di sezione e di direzione, ma in ogni caso la pressione può ritenersi distribuita idrostaticamente e la portata non varia nel tempo.

Una corrente a pelo libero è in moto vario quando sono presenti variazioni di portata in una sezione che si trasmettono quindi alle sezioni circostanti.

Fig. 3 - Regimi di moto